CN1312221A - 氢氧化铝粉末的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种作为填料可在树脂中可大量充填的氢氧化铝粉末的生产方法。该方法包括使用捏混搅拌机研磨氢氧化铝原料的步骤。

Description

氢氧化铝粉末的生产方法
本发明涉及一种氢氧化铝粉末的生产方法。更具体地说，本发明涉及一种在树脂中作为高可充填填料的氢氧化铝粉末的生产方法。
氢氧化铝粉末广泛地用作树脂模制品中的填料。并且特别是在具有阻燃性的树脂模制品领域中，其需求日益增加。
用作填料的氢氧化铝粉末通常是通过将氢氧化铝原料磨细而生产的，该氢氧化铝原料是通过用振动磨水解铝酸钠溶液而获得的。
通常，希望在树脂中充填大量的氢氧化铝粉末以便提高树脂模制品的阻燃性。然而，当在树脂中充填大量用该方法生产的氢氧化铝粉末时，模制成型将受到影响，因此，在树脂中充填数量较高的该粉末是困难的。
本发明的目的是提供一种能改善其在树脂中的可充填性，并能够在树脂中大量充填的氢氧化铝粉末的生产方法。
本发明人对在树脂中能够大量充填的氢氧化铝粉末的生产方法进行了细致深入的研究。结果，发现通过用捏混搅拌机研磨氢氧化铝原料生产的氢氧化铝粉末可大量地充填在树脂中。
也就是说，本发明提供了一种氢氧化铝粉末的生产方法，该方法包括用捏混搅拌机研磨氢氧化铝原料的步骤。
本发明实用性的另一范围从以下给出的详细描述中来看将变得显而易见。然而，应该认为：说明本发明优选技术方案的详细描述和具体的实施例仅以解释的方式给出，因为在本发明实质和范围之内对这些详细的描述中作出各种修改，对于熟悉本领域现有技术的专业人员来说将是显而易见的。
本发明所用的氢氧化铝原料具有Al2O3·3H2O的组成通式，例如其晶体结构是三水铝石型、三羟铝石型等结构，而优选的是三水铝石型结构。通常，该氢氧化铝原料可通过以下方法生产。即将晶种加入到呈过饱和态的铝酸钠溶液中，在搅拌溶液的同时，溶液中的铝酸钠发生水解，从而沉淀出氢氧化铝。过滤和清洗所得到的氢氧化铝，接着干燥。或者，也可使用商购的氢氧化铝，只要其具有上述组成式和晶体结构就行。
氢氧化铝原料优选地是粉末。其二级颗粒的平均粒径(以下称作平均二级颗粒尺寸)大约是1-150微米，优选5-70微米。初级颗粒的平均颗粒尺寸(以下称作平均初级颗粒尺寸)大约是平均二级颗粒尺寸的1/8-1/2，优选大约为平均二级颗粒尺寸的1/6-2/5。用激光散射衍射法可确定平均二级颗粒尺寸，同时用显微镜法可确定平均初级颗粒尺寸。
在本发明中，用捏混搅拌机研磨氢氧化铝原料。捏混搅拌机有时称捏和机。其是一种用于将粉末与树脂相混合的设备。在本发明中，通过采用捏混搅拌机研磨氢氧化铝原料可生产在树脂中可大量充填的氢氧化铝粉末。
在捏混搅拌机中，氢氧化铝原料以固相存在，除此之外，通常还存在空气等气相和水等液相(有时也可没有水等液相)。在研磨过程中在捏混搅拌机中存在的物质的各种状态可能对通过研磨而获得的氢氧化铝粉末的物理性能有影响。因此，优选地在固相、液相和气相以下列状态存在的条件下进行研磨：(a)干态，其中固相和气相连续存在，而基本不存在液相，(b)Pendular态，其中固相和气相连续存在，而液相不连续存在，或(c)Funicular Ⅰ态，其中固相、气相和液相连续地存在。这样一种状态形成一种表面上看是干燥的粉末混合系统。
作为捏混搅拌机，可提到的有用剪切力对氢氧化铝原料加压从而对之捏混的设备。其实例包括：共-捏和机、带有加热或冷却装置的捏混机、自清洁型捏混搅拌机、齿轮搅拌机、单螺旋型捏混搅拌机、双螺旋型捏混搅拌机。捏混机可单独使用，或两个或多个结合起来使用。而且，尽管可使用间歇式或连续式的捏混搅拌机，但从减少单位重量的研磨能耗来看，连续型的捏混搅拌机是优选的。当使用连续型的捏混搅拌机时，未必要求将氢氧化铝原料在部分捏混搅拌机中完全磨细。只要沿氢氧化铝原料的输送方向(轴向)的研磨度连续地增加就足够了。
在捏练搅拌机中，在最大压力下将氢氧化铝原料研磨，最大压力大约为5kgf/cm2(0.49MPa)或更高，优选大约为10kgf/cm2(1.0MPa)或更高，和大约为500kgf/cm2(49.0MPa)或更少，优选大约为200kgf/cm2(19.6MPa)或更少。
在螺旋型捏混搅拌机的情况下，例如可通过调整螺旋的形状、长度和转速、叶轮(具有将原料输送到螺旋处的功能)的转速等参数从而调整压力。
通常，氢氧化铝原料包括：由含有聚集的小颗粒的初级颗粒组成的二级颗粒。通过用捏混搅拌机在上述范围内的压力下研磨氢氧化铝原料，可有效地消除初级颗粒的聚集结构，而基本不会破碎初级颗粒。因此，可以节约初级颗粒的研磨能耗。所以，可用少量的研磨能就能获得能在树脂中可大量充填的氢氧化铝粉末。
宜在粉磨之前调整氢氧化铝原料的液体含量，以便能够在粉磨期间达到干态、Pendular态或Funicular Ⅰ态，之后再进行粉磨。例如可通过干燥氢氧化铝原料、或加入液体如水、醇、或以下所述的表面处理剂来达到对液体含量的调整。
优选的液体含量变化取决于平均二级颗粒尺寸和颗粒尺寸分布，以及氢氧化铝原料的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布，但其不是受到此唯一限制。然而，液体含量通常为30重量％或更少，优选20重量％或更少，更优选10重量％或更少，也可以是0重量％或更多，优选1重量％或更多，更优选5重量％或更多。太高的液体含量会使有效地研磨氢氧化铝原料产生困难。
另外，也可在表面处理剂的存在下进行研磨。表面处理剂的实例包括各种偶联剂如硅偶联剂、钛偶联剂和铝酸盐偶联剂，脂肪酸如油酸、硬脂酸及其脂肪酸酯、磷酸酯。烷基磷酸酯，和硅酸酯如硅酸甲酯和硅酸乙酯。
当在研磨期间加入液体如水、或研磨含有水等液体的氢氧化铝粉末时，在研磨之后通常要对氢氧化铝粉末进行干燥。例如，可通过使用已知的干燥设备的方法进行干燥，或者，当用连续的捏混搅拌机进行研磨时，可通过部分加热捏混搅拌机等方法进行干燥。
由此获得的氢氧化铝粉末通常具有大约1.2g～4m2/g的BET比表面积，当与用振动磨研磨而获得的具有相同平均二级颗粒尺寸的氢氧化铝粉末相比时，其表现出较高的比表面积。当在树脂中填充该氢氧化铝粉末从而形成模制品时，树脂和氢氧化铝粉末的接触面积就有可能增加。因而，与用振动磨研磨而获得的氢氧化铝粉末相比，模制品的强度就有可能增加。
本发明所获得的氢氧化铝粉末在树脂中是可大量充填的，因此其优选地作为具有阻燃特性的模制品、人造大理石等制品的填料。所用树脂的实例包括热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚树脂、和聚氨酯树脂；聚链烯烃树脂典型地包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯和丙烯的共聚物、乙烯和/或丙烯和其他α-链烯烃如丁烯-1、戊烯-1、己烯-1、庚烯-1、辛烯-1、壬烯-1、4-甲基戊烯-1和癸烯-1的共聚物；和热塑性树脂如苯乙烯(共)聚物、甲基丙烯酸甲酯(共)聚物、聚酰铵、聚碳酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙酰、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯氧、聚醚砜(salfone)、聚丙烯酸酯、聚醚醚酮、聚甲基戊烯。当然，该氢氧化铝粉末也不仅仅就限于用在这些树脂中。该粉末也可用作人造树脂、天然树脂、纸张等制品的填料。
实施例
用以下实施例进一步详细地描述本发明，但本发明不受这些实施例的限制。
用以下方法评判以下各实施例中的氢氧化铝粉末。
(1)可充填性：
通过确定在氢氧化铝粉末中吸附的邻苯二甲酸二辛酯的数量(以下称为DOP油吸附法)来评判氢氧化铝在树脂中的可充填性。
按JIS-K6221方法确定DOP油吸附量(ml/100g)。
通过降低氢氧化铝粉末的DOP油吸附量可改善在树脂中的氢氧化铝粉末的可充填性能。因此，随着DOP油吸附量的降低，在树脂中的氢氧化铝粉末的可充填量相应增加。
这些内容公开在“工业材料(Kogyo Zairyo)”、第116-117页、第39卷、No.1，(1991)中，其中，随着油吸附量的降低，在树脂中填料的充填量增加，即其在树脂中的可充填性能改善。
(2)晶体结构：
用X-射线衍射法确定晶体结构。
(3)平均二级颗粒尺寸(微米)：
用一种激光散射粒径分布仪(Microtrack HRA：由LEEDL&LNORTHRUP生产)来确定平均二级颗粒尺寸(微米)。
(3)平均初级颗粒尺寸(微米)：
通过在扫描电子显微镜下观察，从而确定平均初级颗粒尺寸(微米)。
(4)BET比表面积(m2/g)
用氮吸附法确定BET比表面积(m2/g)。
实施例1
将晶种加到呈超饱和态的铝酸钠溶液中，通过搅拌该溶液使溶液中的铝酸钠水解，从而沉淀出粗大的氢氧化铝。随后，过滤和清洗粗大的氢氧化铝，接着脱水，从而获得氢氧化铝原料(晶体结构：三水铝石型、平均二级颗粒尺寸：68微米、平均初级颗粒尺寸：12微米、DOP油吸附量：29.9毫升/100克，含水量：5％)。
将所获得的氢氧化铝原料连续地加入到单螺旋捏混搅拌机中(MP-30-1型：由Miyazaki TekkoK.K.制造，螺旋长度：210毫米，螺旋直径：30毫米、螺旋速度：49转/分钟，叶片转速：10转/分钟)进行研磨。随后，再将研磨后而获得的氢氧化铝连续地加入到单螺旋捏混搅拌机中再进行研磨，接着在120℃下干燥，从而获得氢氧化铝粉末。所获得的氢氧化铝粉末的物理性能表示在下面的表1中。
对比实施例1
干燥与实施例1中所用的相同的氢氧化铝原料，从而使水的含量为0％。随后，在振动磨(内容积：2升、氢氧化铝原料加入量：0.3千克、8mΦ球加入量：2.9千克、振幅：3毫米)中研磨30分钟从而获得氢氧化铝粉末。所获得的氢氧化铝粉末的物理性能也表示在下面的表1中。
表1
平均二级颗粒尺寸(微米)   DOP油吸附量(ml/100g) BET比表面积(m2/g)
实施例1     17     21.1     1.4
对比实施例1     16     30.0     1.0
实施例2
连续地向单螺旋捏练搅拌机(MP-30-1型：由Miyazaki Tekko制造，螺旋长度：210毫米，螺旋直径：30毫米、螺旋速度：49转/分钟，叶片转速：10转/分钟)中加入商购氢氧化铝(商标名：H-100ME，来自Showa Denko K.K.，晶体结构：三水铝矿型、平均二级颗粒尺寸：67微米、平均初级颗粒尺寸：22微米、DOP油吸附量：27.8毫升/100克，含水量：5％)进行研磨。随后，再将研磨后而获得的氢氧化铝连续地加入到单螺旋捏混搅拌机中再进行重复研磨两次，接着在120℃下干燥，从而获得氢氧化铝粉末。所获得的氢氧化铝粉末的物理性能表示在下面的表2中。
对比实施例2
在振动磨(内容积：2升、氢氧化铝原料加入量：0.3千克、8mΦ球加入量：2.9千克、振幅：3毫米)中研磨与实施例2中所用的相同的氢氧化铝原料15分钟从而获得氢氧化铝粉末。所获得的氢氧化铝粉末的物理性能也表示在下面的表2中。
对比实施例3
除了将在振动磨中研磨的时间变为30分钟外，以与对比实施例2相同的方式进行试验。所获得的氢氧化铝粉末的物理性能也表示在下面的表2中。
表2
平均二级颗粒尺寸(微米)   DOP油吸附量(ml/100g) BEY比表面积(m2/g)
实施例2     37     23.1     2.4
对比实施例2     46     26.1     0.5
对比实施例3     29     28.4     0.9
实施例3
除了使用商购氢氧化铝(商标名：B-30，来自Alcoa Kasei.K.K.，晶体结构：三水铝矿型、平均二级颗粒尺寸：61微米、平均一级颗粒尺寸：20微米、DOP油吸附量：34.2毫升/100克，含水量：2％)外，以与实施例2相同的方式获得氢氧化铝粉末，所获得的氢氧化铝粉末的物理性能也表示在下面的表3中。
对比实施例4
干燥与实施例3中所用的相同的氢氧化铝原料，从而使水的含量为0％。随后，在振动磨(内容积：2升、氢氧化铝原料加入量：0.3千克、8mΦ球加入量：2.9千克、振幅：3毫米)中研磨15分钟从而获得氢氧化铝粉末。所获得的氢氧化铝粉末的物理性能表示在下面的表3中。
对比实施例5
除了将在振动磨中研磨的时间变为30分钟外，以与对比实施例4相同的方式进行试验。所获得的氢氧化铝粉末的物理性能表示在下面的表3中。
表3
平均二级颗粒尺寸(微米)   DOP油吸附量(ml/100g) 比表面积(m2/g)
实施例3     29     25.1     2.2
对比实施例4     38     27.1     0.5
对比实施例5     19     29.0     0.9
实施例4
将晶种加到呈超饱和态的铝酸钠溶液中，通过搅拌该溶液使溶液中的铝酸钠水解，从而沉淀出粗大的氢氧化铝。随后，过滤和清洗粗大的氢氧化铝，接着脱水，从而获得氢氧化铝原料(晶体结构：三水铝石型、平均二级颗粒尺寸：81微米、平均一级颗粒尺寸：16微米、DOP油吸附量：37.9毫升/100克，含水量：5％)。
将所获得的氢氧化铝原料连续地加入到单螺旋捏混搅拌机中(MP-100型：由Miyazaki Tekko.K.K制造，螺旋长度：615毫米，螺旋直径：100毫米、螺旋速度：20转/分钟，叶片转速：16转/分钟)进行研磨。随后，再将研磨后而获得的氢氧化铝连续地加入到单螺旋捏混搅拌机中再重复进行粉磨二次，接着在120℃下干燥，从而获得氢氧化铝粉末。
第二次粉磨时所测量的最大压力为10.2kgf/cm2(1.00MPa)
所获得的氢氧化铝粉末的物理性能表示在下面的表4中。
表4
平均二级颗粒尺寸(微米)   DOP油吸附量(ml/100g) BET比表面积(m2/g)
实施例4     49.5     25.2     1.0
本发明方法可较容易地生产出具有较低的DOP油吸附量和在树脂中可大量充填的氢氧化铝粉末。
尽管如此描述了本发明，但相同的内容可用许多方式进行变化是显而易见的。这样的变化不能被认为是脱离本发明的实质和范围，对于熟悉现有技术的专业技术人员来说，这样的变化被包括在以下权利要求书的范围内是显而易见的。

Claims (6)

1．一种生产氢氧化铝粉末的的方法，该方法包括用捏混搅拌机研磨氢氧化铝原料的步骤。
2．根据权利要求1的方法，其中，氢氧化铝原料的液体含量大约是30重量％或更少。
3．根据权利要求1的方法，其中，氢氧化铝原料具有三水铝石型晶体结构。
4．根据前述任何权利要求的方法，其中，氢氧化铝原料具有大约1微米-150微米的平均二级颗粒粒径。
5．根据权利要求1的方法，其中，氢氧化铝原料的平均初级颗粒粒径与平均二级颗粒粒径之比大约是1/8-1/2。
6．根据权利要求1的方法，其中在捏混搅拌机中最大压力大约是0.49-49.0MPa。
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